Pieczęć Konkurs przedmiotowy z fizyki dla uczniów gimnazjów 7 stycznia 2016 r. zawody II stopnia (rejonowe) Witamy Cię na drugim etapie konkursu i życzymy powodzenia. Maksymalna liczba punktów 60. Czas rozwiązywania zadań 120 minut. Rozwiązując zadania, przyjmij przybliżone wartości: liczby π: π = 3,14 szybkości światła w próżni: c = 3 10 8 m s przyspieszenia grawitacyjnego w pobliżu Ziemi: g = 10 m s 2 gęstości wody: d = 1000 kg m 3 Zadanie 1. Dokończ zdania. Wybierz odpowiedź A albo B i jej drugą część 1. albo 2. Wybrane odpowiedzi otocz kółkiem. a. Jeżeli magnes sztabkowy zostanie przełamany w połowie na dwie części, to A. B. jedna z nich będzie posiadała tylko biegun magnetyczny północny, a druga będzie posiadała tylko biegun południowy, każda z nich będzie posiadała oba bieguny magnetyczne północny i południowy, 1. 2. ponieważ biegunów magnetycznych nie można rozdzielić. ponieważ bieguny magnetyczne podobnie jak dodatnie i ujemne ładunki elektryczne mogą istnieć oddzielnie. b. Igła kompasu zwraca się swym biegunem A. B. północnym w kierunku północnego bieguna geograficznego, północnym w kierunku południowego bieguna geograficznego, 1. 2. ponieważ na północy geograficznej znajduje się północny biegun ziemskiego pola magnetycznego. ponieważ na północy geograficznej znajduje się południowy biegun ziemskiego pola magnetycznego. 1
W zadaniach 2. i 3. oceń prawdziwość zdań i zaznacz krzyżykiem właściwą odpowiedź. Zadanie 2. Aby po poziomej powierzchni przesunąć skrzynię o masie 10 kg ruchem jednostajnym, należy przyłożyć do niej siłę o wartości 200 N. F a. Wartości siły nacisku skrzyni na podłoże i siły sprężystości podłoża działającej na skrzynię są równe. Prawda Fałsz b. Gdyby wartość siły F wzrosła o 20 N, to skrzynia poruszałaby się z przyspieszeniem o wartości 22 m s 2 Prawda Fałsz c. Gdyby spoczywająca skrzynia uzyskała stałe przyspieszenie o wartości 0,5 m s2, to w trzeciej sekundzie ruchu przebyłaby drogę 2, 25 m. Prawda Fałsz Zadanie 3. Dwie jednakowe kule metalowe naelektryzowano ładunkami różnoimiennymi o wartościach +2Q i Q. +2Q Q a. Na kulkę o ładunku ujemnym działa siła, której wartość jest dwa razy większa od wartości siły działającej na kulkę o ładunku dodatnim. Prawda Fałsz b. Po zetknięciu kulek część ładunku dodatniego przejdzie z kulki naelektryzowanej dodatnio na kulkę naelektryzowaną ujemnie. Prawda Fałsz c. Po zetknięciu kulek na każdej z nich ustali się ładunek + 1 2 Q. Prawda Fałsz 2
Zadanie 4. Krążek hokejowy o masie 160 g ma kształt walca o średnicy 7,6 cm i wysokości 2,5 cm. a. Oblicz średnią gęstość materiału, z którego wykonano krążek. b. Jakie ciśnienie będzie wywierało na poziomą powierzchnię pięć krążków ustawionych jeden na drugim? Wynik podaj w paskalach. c. Ile wyniosłaby wartość siły oporu ruchu działającej na tonący w wodzie krążek o wymiarach podanych wyżej i gęstości 1500 kg 3? Załóż, że ruch krążka jest jednostajny. m 3
Zadanie 5. Na poziomej powierzchni ustawiono w jednej linii dwa wózki. Pierwszy z nich, o masie m 1 = 2 kg, jest nieruchomy, a drugi, o masie m 2 = 3 kg, porusza się. W pewnej chwili wózek znajdujący się w ruchu uderza z prędkością o wartości v 2 = 1 m w wózek nieruchomy, s łącząc się z nim. Od chwili zderzenia oba wózki poruszają się razem z prędkością początkową v 12, a po pewnym czasie, w wyniku działania stałej siły tarcia, zatrzymują się, przebywając drogę s = 4 m. a. Oblicz wartość prędkości v 12. b. Ile wynosi wartość siły tarcia hamującej ruch złączonych wózków? 4
Zadanie 6. Trzynastego lipca 2015 roku wysłana z Ziemi amerykańska sonda kosmiczna New Horizons minęła Plutona, który do niedawna był uważany za jedną z planet Układu Słonecznego, a dziś zaliczany jest do grupy tzw. planet karłowatych mniejszych obiektów astronomicznych krążących wokół Słońca. Średnia odległość Plutona od Słońca wynosi 5,9 10 12 m. New Horizons to najszybszy pojazd kosmiczny wystrzelony z Ziemi. Najpierw, podczas startu, do jego przyspieszenia użyto silników rakietowych. Dodatkowo, w trakcie długiej, trwającej około 9 i pół roku (3 463 dni) podróży, dzięki wykorzystaniu pola grawitacyjnego Jowisza, sonda została przyspieszona do prędkości o wartości 58 000 km h. Masa sondy wynosi 478 kg, a na jej pokładzie znajdują się głównie przyrządy pomiarowe oraz urządzenia zasilające. Pierwszym celem misji kosmicznej było zbadanie Plutona podczas przelotu w jego pobliżu, a celem obecnym jest badanie obiektów jeszcze odleglejszych od Słońca. a. Zakładając, że sonda przebyła 4,8 miliarda kilometrów w 9,5 roku, oblicz w km s szybkość jej podróżowania. Wynik zapisz z przybliżeniem do trzech cyfr znaczących. średnią b. Zakodowane fotografie Plutona przesłane zostały na Ziemię za pomocą sygnału radiowego, który dotarł do NASA po czasie 4,5 godziny. Jaka odległość dzieliła sondę od Ziemi w momencie ich wysłania? 5
c. Odległości w naszym Układzie Słonecznym wygodnie jest podawać w jednostkach astronomicznych, oznaczanych symbolem AU 1AU 150 10 6 km. Oblicz w jednostkach astronomicznych średnią odległość Plutona od Słońca. Wynik podaj z dokładnością do jednej dziesiątej jednostki astronomicznej. d. Przyspieszenie grawitacyjne na powierzchni Plutona jest piętnaście razy mniejsze niż na powierzchni Ziemi. Czy ciężar sondy zmieniłby się po przeniesieniu jej z powierzchni Ziemi na powierzchnię Plutona? Np.: Nie zmieniłby się, wzrósł, zmalał. Jeśli wzrósłby lub zmalał, to ile razy? Odpowiedź uzasadnij obliczeniami. e. Uzupełnij zdanie. Masa stałych elementów sondy po przeniesieniu ich z Ziemi na Plutona....... (wzrośnie, zmaleje, nie zmieni się) 6
Zadanie 7. W pracowni fizycznej zbudowano obwód składający się ze źródła napięcia, trzech oporników i wyłącznika W. Schemat obwodu przedstawiono obok. Gdy wyłącznik W był zamknięty, to moc prądu U płynącego przez odbiornik o oporze R 3 wynosiła 38,4 W. R 1 = 40 Ω Oblicz: wartość napięcia źródła prądu, natężenia prądów płynących przez oporniki, W napięcia na opornikach. R Analizę przeprowadź w dwóch przypadkach 2 = 120 Ω przy zamkniętym oraz przy otwartym wyłączniku W. Wyniki wpisz w odpowiednie miejsca tabeli. R 3 = 60 Ω Pozycja wyłącznika W zamknięty otwarty Odbiornik o oporze Wielkość fizyczna R 1 R 2 R 3 napięcie [V] natężenie prądu [A] napięcie [V] natężenie prądu [A] Napięcie U na zaciskach źródła prądu [V] 7
Zadanie 8. Wykorzystując dwie ciecze (naftę i benzen), przeprowadzono dwa doświadczenia. W pierwszym z nich ogrzewano 820 g benzenu, a w drugim ogrzewano nieznaną masę nafty, której ciepło właściwe wynosi 2,1 energii przedstawiono na wspólnym wykresie. t ( 0 C) kg kj 0. Zależność temperatur ogrzewanych cieczy od ilości dostarczonej im C 12 nafta 10 8 benzen 6 4 2 a. Oblicz ciepło właściwe benzenu. 2,8 5,6 8,4 11,2 14,0 Q ( 10 3 J) b. Ile wynosi masa ogrzewanej nafty? c. Ciecze ogrzewano w kalorymetrze. Wyjaśnij dlaczego....... 8
Zadanie 9. Sprężystą linijkę położono na blacie stołu w taki sposób, że jej część wystawała poza blat, i umocowano (dociśnięto) na jego brzegu. Wystającą część linijki wprawiano w drgania siłą skierowaną pionowo. Uzupełnij zdania, wybierając spośród podanych niżej prawdziwe odpowiedzi. A wzrośnie B zmaleje C nie zmieni się a. Stopniowe wysuwanie linijki poza blat spowoduje, że częstotliwość drgań linijki A / B / C. Jej okres drgań A / B / C, a długość wytworzonej fali akustycznej A / B / C. b. W wyniku zmniejszenia wartości siły wywołującej drgania głośność wytworzonego dźwięku A / B / C, wysokość A / B / C, a jego szybkość A / B / C. 9
Zadanie 10. Zaproponuj sposób pomiaru wartości przyspieszenia grawitacyjnego przy powierzchni Ziemi, mając do dyspozycji: metalową kulkę, długą miarę, stoper. a. Opisz przebieg doświadczenia (kolejne czynności). b. Podaj sposób obliczenia szukanej wielkości fizycznej. c. Wskaż jeden czynnik niezależny od osoby wykonującej doświadczenie, który ma wpływ na końcowy wynik. d. Wymień dwa sposoby postępowania, dzięki którym można zwiększyć dokładność otrzymanego wyniku. 10
B R U D N O P I S 11
12